药筒发射应力和抽壳力的有限元分析

应用非线性有限元方法计算药筒的发射应力和抽壳力。结构分析分别采用轴对称和三维有限元计算模型。分析表明 :由于起膛线的作用 ,轴对称模型有比较大的误差。计算数据表明 :由于药筒为薄壁圆筒结构 ,膛压的作用导致药筒内部较高的等效应力和塑性变形 ;特别是膛压下降时 ,身管的收缩又使得药筒受到反向压力作用而再次屈服 ,并使等效应力达到最大值 ,并且维持在一个常值。因此抽壳力是必要的 ,而且开栓时间对抽壳力的影响很小。讨论了初始间隙等因素对发射应力和抽壳力的影响。     

火炮立楔式炮闩抽筒系统的动态特性

针对火炮立楔式炮闩抽筒系统中的卡壳和构件动态断裂等抽筒故障，以动力学理论为基础，将其转化为系统动态特性的定量研究。分析了抽筒系统的工作机理并建立了连续接触动力学模型，定量地推导出药筒及系统内接触构件的运动规律和碰撞载荷。建立了杠杆式抽筒子在抽筒过程中的弹性波动模型，采用该模型能够定量地得出抽筒子的动应力分布和力学参数的影响。进行了理想抽筒工况下理论模型的数值计算和实体模型的仿真模拟，同组比较结果验证了定量分析模型的合理性。所建模型可为解决抽筒故障提供理论依据，也可为抽筒系统的动力学和结构优化设计作铺垫。     

有限元在身管与药筒高压接触变形计算中的应用

本文针对自动武器中药筒和身管变形的变间隙、变锥度的特点，构造了身管和药筒的截面环等参元分析模型，并据此建立了相应的增量形式的弹塑性有限元求解方程．针对贴膛不同时刻的特点，在身管和药筒上配置了配点对，应用变形协调条件，编制了药筒和身管高压间隙变形的有限元求解程序．并给出了数值计算实例．     

埋头弹药发射过程药筒力学特性分析

埋头弹药是一种新型战场用弹药,自动机采用旋转闭锁新原理,供弹与退壳同步进行。在发射过程中埋头弹药的工况不同于传统的弹药筒,针对埋头弹药在特殊工作条件下药筒内压变化及变形特征,分析了药筒的动力学过程,获得了药筒在贴壁前、贴壁后、卸载过程的力学特性。通过数值分析发现:在最大膛压为400MPa条件下,聚乙烯药筒性能良好,卸压后能迅速弹性恢复。在此基础上设计了金属与塑料耦联的35mm埋头弹药筒,射击实验表明该药筒满足连发射击要求。     

基于SPH方法铁路车轴遭受道砟撞击的数值模拟

基于非线性有限元软件LS-DYNA及其提供的SPH（smoothed particle hydrodynamics）算法，建立了高速铁路车轴遭受道砟撞击的计算分析模型，考察了不同撞击速度、道砟形状和尺寸，以及撞击角度工况下车轴的动态响应。给出了撞击力和车轴受撞击处变形的响应特征，分析了车轴最大残余变形与撞击力峰值之间的关系，探讨了不同工况下车轴的撞击损伤规律。结果表明，撞击力峰值和车轴变形（包括瞬态变形和残余变形）均随着撞击速度、道砟直径和撞击角度的增大而增大，车轴最大残余变形与撞击力峰值呈近似线性增大关系，车轴的量纲一压痕深度（残余变形）与吸收冲击能平方根成线性关系。     

瞬态激振与火炮保险器杠杆轴的破坏

本文运用瞬态激振的理论和方法，分析了火炮保险器杠杆轴过早破坏的原因，并通过实验给予验证。在此基础上，并提出了修改意见，为部队解决了一个实际问题。     

瞬态激振与火炮保险器杠杆轴的破坏

本文运用瞬态激振的理论和方法，分析了火炮保险器杠杆轴过早破坏的原因，并通过实验给予验证，在此基础上，并提出了修改意见，为部队解决了一个实际问题。     

生长对超弹性球壳变形和稳定性的影响

应用连续介质力学有限变形理论建立受内压作用不可压超弹性球壳大变形 问题的力学模型, 且运用基于变形梯度张量极分解的弹性体积生长理论分析生长对不可压 超弹性球壳变形和稳定性的影响. 通过对球壳变形与内压关系式的数值计算得到不同生长 条件下球壳的变形曲线和应力分布曲线及由生长引起的残余变形和残余应力分布. 计算结果 表明生长对球壳变形特性有明显的影响, 生长影响球壳可产生不稳定变形的临界壁厚和临界 内压, 且在某些情况下可改变球壳的稳定性. 生长在球壳中可产生一定的残余变形和残余应 力, 对球壳中的应力分布有一定的影响. 另外当生长的程度足够大时, 即便没有外力作用, 球壳仅在生长引起的残余应力作用下也可产生不稳定变形.     

轴向应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力屈曲

运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳塑性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的特征方程，在分析中同时考虑了应力波效应及横向惯性效应，把圆柱壳塑性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳塑性轴对称动力屈曲变形发展的机理，以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

轴向应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳有限元特征值分析

本文运用有限元特征值分析方法对应力波作用下圆柱壳弹性轴对称动力失稳问题进行了研究。基于应力波理论和相邻平衡准则导出了圆柱壳轴对称动力失稳时的有限元特征方程,在此方程中考虑了应力波效应及横向惯性效应,把圆柱壳弹性动力失稳问题归结为特征值问题。通过引入圆柱壳动力失稳时的波前约束条件实现了此类问题的有限元特征值解法。计算结果揭示了圆柱壳弹性轴对称动力屈曲变形发展的机理,以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。     

Finite element analysis of thermo-elastic behavior of piezoelectric structures under finite deformation

It is noted that the behavior of most piezoelectric materials is temperature dependent and such piezo-thermo-elastic coupling phenomenon has become even more pronounced in the case of finite deformation. On the other hand, for the purpose of precise shape and vibration control of piezoelectric smart structures, their deformation under external excitation must be ideally modeled. This demands a thorough study of the coupled piezo-thermo-elastic response under finite deformation. In this study, the governing equations of piezoelectric structures are formulated through the theory of virtual displacement principle and a finite element method is developed. It should be emphasized that in the finite element method the fully coupled piezo-thermo-elastic behavior and the geometric non-linearity are considered. The method developed is then applied to simulate the dynamic and steady response of a clamped plate to heat flux acting on one side of the plate to mimic the behavior of a battery plate of satelite irradiated under the sun. The results obtained are compared against classical solutions, whereby the thermal conductivity is assumed to be independent of deformation. It is found that the full-coupled theory predicts less transient response of the temperature compared to the classic analysis. In the steady state limit, the predicted temperature distribution within the plate for small heat flux is almost the same for both analyses. However, it is noted that increasing the heat flux will increase the deviation between the predictions of the temperature distribution by the full coupled theory and by the classic analysis. It is concluded from the present study that, in order to precisely predict the deformation of smart structures, the piezo-thermo-elastic coupling, geometric non-linearity and the deformation dependent thermal conductivity should be taken into account. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Nos. 10132010 and 50135030) and the Foundation of In-service Doctors of Xi'an Jiaotong University.     

Geometrically non-linear transient analysis of laminated,doubly curved shells

A dynamic, shear deformation theory of a doubly curved shell is used to develop a finite element for geometrically non-linear (in the von Karman sense) transient analysis of laminated composite shells. The element is employed to determine the transient response of spherical and cylindrical shells with various boundary conditions and loading. The effect of shear deformation and geometric non-linearity on the transient response is investigated. The numerical results presented here for transient analysis of laminated composite shells should serve as references for future investigations.     

压电智能结构有限变形下热-机耦合的有限元分析

采用有限元方法研究了结构在热载荷作用下变形与热传导之间的耦合特性．分析表明，结构变形较小，非线性效应很弱时，变形对材料的热传导系数影响很小，对结构的温度分布几乎没有影响；当变形增大，非线性效应增强时，变形对材料的热传导特性影响显著，热载荷作用下结构的温度变化和变形与现行不考虑热-机耦合效应所得结果产生明显差异．因此，为实现压电智能结构形状(振动)的精确控制，分析及实施控制时须考虑热-机耦合及变形对热传导系数的影响．     

Surface waviness removed by orthogonal machine cutting

A thermoelastoplastic analysis is made to study the surface waviness of orthogonal machine cutting. As a workpiece experiences heavy cutting, chips are formed incrementally in a steady fashion leaving a sinusoidal wavy surface as evidence of the varying thickness of the uncut chips. The finite difference method is applied to determine the temperature distribution in the chip and tool while a large deformation thermoelastoplastic finite element analysis is made to simulate the wave removing process whereby the wavy surface is modelled by saw-tooth shaped meshes. Determined are the chip geometry, residual stresses in the machined surface, temperature distributions in the chip and tool forces. The cutting forces are also calculated and they agree well with the test results.     

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激光直接成形中，几何参数、材料属性和工艺参数等众多参量均会对残余应力造成影响，需 要进行系统分析. 采用量纲分析的方法，分别提取表征几何、传热和变形的3类关键无 量纲参数，并结合三维瞬态有限元分析模型来研究这些无量纲参数对热致残余应力的影响规 律. 研究表明，选用热膨胀系数、屈服应力较小的材料，残余应力会较小；工艺控制中，可 通过降低热散失、增大激光功率和提升预热温度来减小残余应力，其中预热的效果最好.     

TEC结构的三维非线性瞬态温度场分析

热电制冷器(TEC)以其体积小、作用速度快及无噪音等机械制冷无法替代的优点在航空航天和电子工业等领域得到了越来越广泛的应用。本文根据TEC的导热特点,推导了TEC结构稳态温度场的解析解,建立了其瞬态非线性温度场分析的微分方程。利用伽辽金法导出TEC结构热分析的有限元方程,对非线性热分析的有限元方程进行了求解,得到了TEC的稳态温度场和瞬态响应温度场。算例结果表明,本文提出的TEC结构热分析有限元模型具有较高的精度,能够有效地分析TEC的非线性瞬态温度场。     

瞬态耦合热弹塑性接触有限元分析方法

在弹性接触问题有限元混合法的基础上,把材料非线性和表面非线性两种迭代过程耦合,在瞬态温度场分析中将伽辽金法和向后差分法结合,并用混合法进行热接触迭代,把瞬态温度场分析和弹塑性接触分析耦合。提出了一种瞬态耦合热弹塑性接触有限元分析方法,并已成功地用于核容器的密封分析。     

金属结构航天器陨落过程三维瞬态传热有限元算法研究

构建金属桁架结构航天器陨落再入气动热环境有限元传热模型，是准确预测在轨服役期满大型航天器陨落再入解体过程温度分布的关键。本文采用四节点四面体单元对空间进行离散，依据泛函理论，将传热控制方程离散为代数方程组；利用有限单元法总体合成得到具有对称正定、高度稀疏和非0元素分布的规则性刚度矩阵，发展一维变带宽压缩存贮技术，有效解决大型稀疏矩阵的数据存贮问题；为有效抑制求解过程出现的温度在时间和空间上的振荡问题，发展集中热容矩阵系数处理方法，将热容矩阵的同行或同列元素相加代替对角线元素，使非对角线元素化为0，构造求解三维瞬态温度场的两点向后差分格式、Crank-Nicolson格式和Galerkin格式。通过对正方体瞬态传热计算验证分析，在相同条件下，采用以上三种格式均可获得一致稳定的温度解，并得到与现有ANSYS有限元软件较为吻合的计算结果，验证了所建立三维瞬态传热有限元计算模型的准确可靠性。在此基础上，对铝合金低轨航天器薄壳结构进行了传热计算，给出了类天宫飞行器两舱体陨落飞行107.5 km~90 km不同高度的瞬态温度分布，为这类寿命末期航天器陨落再入解体预报提供理论支撑与可计算模型。